高中物理 第五章 交变电流 5.1 交变电流课件 新人教版选修32.ppt

1交变电流 读一读 思一思 辨一辨 议一议 一 交变电流阅读教材第31页 交变电流 掌握交变电流和直流的概念 1 什么是交变电流 答案 大小和方向都随时间做周期性变化的电流 2 什么是直流 答案 方向不随时间变化的电流 读一读 思一思 辨一辨 议一议 二 交变电流的产生阅读教材第32页 交变电流的产生 初步掌握交流发电机结构的示意图 知道产生交变电流的原因 1 下图是交流发电机的示意图 k l和e f分别起什么作用 答案 k l是滑环 e f是电刷 ab边与滑环k相连接 cd边与滑环l相连接 在线圈转动时可以通过滑环与电刷保持与外电路的连接 读一读 思一思 辨一辨 议一议 2 在上图交流发电机的示意图中 哪两个边切割磁感线产生电动势 答案 ab边和cd边切割磁感线 3 当线圈在磁场中的位置如何时 线圈中电流最大或电流为零 答案 当线圈与磁场垂直时 电流为零 当线圈与磁场平行时 电流最大 读一读 思一思 辨一辨 议一议 三 交变电流的变化规律阅读教材第32 33页 交变电流的变化规律 知道交变电流的表达式 知道峰值的概念 知道正弦式交变电流的概念 1 什么是电动势的峰值 答案 电动势可能达到的最大值 2 什么是正弦式交变电流 答案 按正弦规律变化的交变电流叫正弦式交变电流 也叫正弦式电流 3 写出正弦式交变电流的电动势 电压和电流的表达式 答案 e emsin t u umsin t i imsin t 读一读 思一思 辨一辨 议一议 1 思考辨析 1 只要线圈在磁场中转动 就可以产生交变电流 解析 如果线圈绕与磁场平行的轴转动 则不会产生感应电流 答案 2 当线圈中的磁通量最大时 产生的电流也最大 解析 线圈与磁场平行时 电动势最大 此时磁通量为零 答案 3 当线圈平面与磁场垂直时 线圈中没有电流 解析 线圈与磁场垂直时 线圈中电流为零 答案 读一读 思一思 辨一辨 议一议 4 表达式为e emsin t的交变电流为正弦式交变电流 表达式为的交变电流也是正弦式交变电流 解析 按正弦函数变化规律变化的交变电流都是正弦式交变电流 答案 读一读 思一思 辨一辨 议一议 2 探究讨论 1 交变电流的大小一定是变化的吗 答案 交变电流的大小不一定变化 如方波式交变电流 其大小是不变的 2 交变电流与直流的最大区别是什么 答案 交变电流与直流的最大区别在于交变电流的方向发生周期性变化 而直流的方向不变 3 正弦式交变电流的表达式i imsin t 思考式中瞬时值i和最大值im有什么区别 答案 瞬时值是某一时刻的电流 它是不断变化的 最大值是一个变化周期中的最大值 是不变的 探究一 探究二 探究三 当堂检测 问题导引 名师精讲 典例剖析 交变电流的产生假定线圈沿逆时针方向匀速转动 如图甲至丁所示 请分析判断 探究一 探究二 探究三 当堂检测 问题导引 名师精讲 典例剖析 1 图中 在线圈由甲转到乙的过程中 ab边中电流向哪个方向流动 2 在线圈由丙转到丁的过程中 ab边中电流向哪个方向流动 3 当线圈转到什么位置时线圈中没有电流 转到什么位置时线圈中的电流最大 4 大致画出通过电流表的电流随时间变化的曲线 从e经过负载流向f的电流记为正 反之为负 在横坐标上标出线圈到达甲 乙 丙 丁几个位置时对应的时刻 探究一 探究二 探究三 当堂检测 问题导引 名师精讲 典例剖析 要点提示 1 由b到a 2 由a到b 3 线圈转到甲或丙位置时线圈中没有电流 称为中性面 线圈转到乙或丁位置时线圈中的电流最大 4 探究一 探究二 探究三 当堂检测 问题导引 名师精讲 典例剖析 1 中性面 s b位置 如问题导引图中的甲 丙 线圈平面与磁场垂直的位置 此时 最大 为0 e为0 i为0 线圈经过中性面时 电流方向发生改变 线圈转一圈 电流方向改变两次 2 垂直于中性面位置 s b位置 如问题导引图中的乙 丁 此时 为0 最大 e最大 i最大 穿过线圈平面的磁通量最大 感应电动势为零 穿过线圈平面的磁通量为零 感应电动势最大 探究一 探究二 探究三 当堂检测 问题导引 名师精讲 典例剖析 例题1 多选 如图所示 线圈在匀强磁场中绕垂直于匀强磁场且在线圈平面内的轴匀速转动时产生交变电流 则下列说法中正确的是 a 当线圈位于中性面时 线圈中感应电流最大b 当穿过线圈的磁通量为零时 线圈中感应电动势最大c 线圈在磁场中每转一周 产生的感应电流方向改变一次d 每当线圈经过中性面时 感应电流的方向就改变一次 探究一 探究二 探究三 当堂检测 问题导引 名师精讲 典例剖析 解析 线圈位于中性面时 线圈平面与磁场垂直 此时磁通量最大 但是各边都不切割磁感线 或者说磁通量的变化率为零 所以感应电动势为零 而穿过线圈的磁通量为零时 切割磁感线的有效速度最大 磁通量的变化率最大 所以感应电动势最大 故选项a错误 b正确 线圈在磁场中每转一周 产生的感应电流方向改变两次 选项c错误 很明显选项d正确 答案 bd 探究一 探究二 探究三 当堂检测 问题导引 名师精讲 典例剖析 归纳总结 1 对于交变电流产生过程中各物理量的变化情况分析 应抓住中性面这个关键位置 特别注意的是此时穿过线圈平面的磁通量虽最大 但磁通量的变化率却最小 等于零 电动势等于零 电流等于零 因此磁通量的变化规律与感应电动势 感应电流 的变化规律恰好相反 一方增大时另一方恰好减小 2 交变电流变化的周期等于线圈转动的周期 线圈每经过中性面一次 电流方向就改变一次 线圈每转一周 经过中性面两次 因此线圈每转一周 电流方向改变两次 探究一 探究二 探究三 当堂检测 问题导引 名师精讲 典例剖析 变式训练1 多选 如图所示 矩形线圈在匀强磁场中匀速转动 在线圈平面经过中性面瞬间 a 线圈平面与磁感线平行b 通过线圈的磁通量最大c 线圈中的感应电动势最大d 线圈中感应电动势的方向突变解析 根据中性面的定义 线圈平面经过中性面瞬间 通过线圈的磁通量最大 线圈中的感应电动势为零 此后 感应电动势方向 即感应电流方向 将与原方向相反 答案 bd 探究一 探究二 探究三 当堂检测 问题导引 名师精讲 典例剖析 正弦式交变电流的变化规律图b是图a中线圈abcd在磁场中绕轴oo 转动时三个不同时刻的截面图 线圈平面从中性面开始转动 角速度为 经过时间t 线圈转过的角度是 t 设ab边长为l1 bc边长为l2 线圈面积s l1l2 磁感应强度为b 则 探究一 探究二 探究三 当堂检测 问题导引 名师精讲 典例剖析 1 甲 乙 丙中ab边产生的感应电动势各为多大 2 甲 乙 丙中整个线圈中的感应电动势各为多大 3 若线圈有n匝 则甲 乙 丙中整个线圈的感应电动势各为多大 探究一 探究二 探究三 当堂检测 问题导引 名师精讲 典例剖析 要点提示 1 甲 eab 0 2 整个线圈中的感应电动势由ab和cd两部分组成 且eab ecd 所以甲 e 0乙 e eab ecd bs sin t丙 e bs 3 若线圈有n匝 则相当于n个完全相同的电源串联 所以甲 e 0乙 e nbs sin t丙 e nbs 探究一 探究二 探究三 当堂检测 问题导引 名师精讲 典例剖析 1 正弦式交变电流的表达式e emsin t u umsin t i imsin t 其中em为最大值 也叫峰值 2 正弦式交变电流的峰值 1 转轴在线圈所在平面内且与磁场垂直 当线圈平面与磁场平行时 线圈中的感应电动势达到峰值 且满足em nbs 2 决定因素 由线圈匝数n 磁感应强度b 转动角速度 和线圈面积s决定 与线圈的形状无关 与转轴的位置无关 3 如图所示的几种情况中 如果n b s均相同 则感应电动势的峰值均为em nbs 探究一 探究二 探究三 当堂检测 问题导引 名师精讲 典例剖析 例题2 如图所示 匀强磁场磁感应强度b 0 1t 所用矩形线圈的匝数n 100 边长lab 0 2m lbc 0 5m 以角速度 100 rad s绕oo 轴匀速转动 试求 1 感应电动势的峰值 2 若从线圈平面垂直磁感线时开始计时 线圈中瞬时感应电动势的表达式 3 若从线圈平面平行磁感线时开始计时 求线圈在时刻的感应电动势大小 探究一 探究二 探究三 当堂检测 问题导引 名师精讲 典例剖析 解析 1 由题可知 s lab lbc 0 2 0 5m2 0 1m2 感应电动势的峰值em nbs 100 0 1 0 1 100 v 100 v 314v 2 若从线圈平面垂直磁感线时开始计时 感应电动势的瞬时值e emsin t所以e 314sin 100 t v 3 若从线圈平面平行磁感线时开始计时 感应电动势的瞬时值表达式为e emcos t 代入数据得e 314cos 100 t v 答案 1 314v 2 e 314sin 100 t v 3 157v 探究一 探究二 探究三 当堂检测 问题导引 名师精讲 典例剖析 归纳总结写瞬时值时必须明确是从中性面开始计时 还是从与中性面垂直的位置开始计时 1 从中性面开始计时 e emsin t 2 从与中性面垂直的位置开始计时 e emcos t 探究一 探究二 探究三 当堂检测 问题导引 名师精讲 典例剖析 变式训练2 多选 如图所示 形状或转轴位置不同 但面积均为s的单匝线圈处在同一个磁感应强度为b的匀强磁场中 以相同的角速度 匀速转动 从图示的位置开始计时 则下列说法正确的是 a 感应电动势最大值相同b 感应电动势瞬时值不同c 感应电动势最大值 瞬时值都不同d 感应电动势最大值 瞬时值都相同 探究一 探究二 探究三 当堂检测 问题导引 名师精讲 典例剖析 解析 感应电动势的最大值为em bs a正确 感应电动势的瞬时值e emsin t与转轴位置无关 图中都以中性面位置计时 故瞬时值相同 d正确 b c错误 答案 ad 探究一 探究二 探究三 当堂检测 问题导引 名师精讲 典例剖析 正弦式交变电流的图象如图所示 线圈abcd在匀强磁场中绕oo 匀速转动 若线圈平面从中性面开始转动为计时起点 角速度为 设线圈面积为s 磁感应强度为b 图 a 中各图与 b 时间轴上各时刻对应 在图 b 中作出线圈在磁场中转动一周的过程中 感应电流随时间的变化关系图象 探究一 探究二 探究三 当堂检测 问题导引 名师精讲 典例剖析 要点提示 如图所示 探究一 探究二 探究三 当堂检测 问题导引 名师精讲 典例剖析 探究一 探究二 探究三 当堂检测 问题导引 名师精讲 典例剖析 2 从图象中可以解读到以下信息 1 交变电流的最大值im em 2 因线圈在中性面时感应电动势 感应电流均为零 磁通量最大 所以可确定线圈位于中性面的时刻 3 可找出线圈平行磁感线的时刻 4 判断线圈中磁通量的变化情况 5 分析判断i e随时间的变化规律 探究一 探究二 探究三 当堂检测 问题导引 名师精讲 典例剖析 例题3 线圈在匀强磁场中匀速转动 产生交变电流的图象如图所示 由图可知 a 在a c时刻线圈处于中性面位置b 在b d时刻穿过线圈的磁通量为零c 从a时刻到d时刻线圈转过的角度为 d 若从0时刻到d时刻经过0 02s 则在1s内交变电流的方向改变100次解析 a c时刻感应电流最大 线圈位置与中性面垂直 b d时刻感应电流为零 线圈在中性面 此时磁通量最大 从a时刻到d时刻线圈转过角度为 若从0时刻到d时刻经过0 02s 则t 0 02s 则在1s内交变电流的方向改变 2 100次 故d正确 答案 d 探究一 探究二 探究三 当堂检测 问题导引 名师精讲 典例剖析 归纳总结解决图象问题的基本方法一看 看 轴 看 线 看 斜率 看 点 二变 掌握 图与图 图与式 和 图与物 之间的变通能力 三判断 结合图象和公式进行正确分析和判断 探究一 探究二 探究三 当堂检测 问题导引 名师精讲 典例剖析 变式训练3一只矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动 穿过线圈的磁通量随时间变化的图象如图甲所示 则下列说法正确的是 a t 0时刻 线圈平面与中性面垂直b t 0 01s时刻 的变化率最大c t 0 02s时刻 交流电动势达到最大d 该线圈相应产生的交流电动势的图象如图乙所示解析 由题图甲可知 t 0和t 0 02s时刻 值最大 线圈平面恰在中性面位置 感应电动势为零 而 t图象在t 0 01s和t 0 03s时刻切线的斜率最大 即 的变化率最大 交流电动势达到最大值 答案 b 探究三 当堂检测 探究一 探究二 1 2 3 1 交变电流的产生 如图所示 一矩形线圈绕与匀强磁场垂直的中心轴oo 沿顺时针方向转动 引出线的两端分别与相互绝缘的两个半圆形铜环m和n相连 m和n又通过固定的电刷p和q与电阻r相连 在线圈转动过程中 通过电阻r的电流 a 大小和方向都随时间做周期性变化b 大小和方向都不随时间做周期性变化c 大小不断变化 方向总是p r qd 大小不断变化 方向总是q r p解析 半圆环交替接触电刷 从而使输出电流方向不变 这是一个直流发电机模型 由右手定则知 外电路中电流方向是p r q 答案 c 探究三 当堂检测 探